無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理方案與密碼算法研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理方案與密碼算法研究(申請(qǐng)揚(yáng)州大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文)導(dǎo)師培養(yǎng)單位專業(yè)方向研究方向?qū)幗ㄍ⒁笮麓航淌趽P(yáng)州大學(xué)計(jì)算機(jī)軟件與理論信息安全2013年5月寧建廷無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理方案與密碼算法研究摘要近年來(lái)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork，簡(jiǎn)稱WSN)作為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，由于其在軍事、科學(xué)研究等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，引起了學(xué)術(shù)界越來(lái)越多的關(guān)注。在WSN安全中，所有基于密鑰加密的安全解決方法都要求密

2、鑰建立服務(wù)和密鑰管理服務(wù)，負(fù)責(zé)密鑰和傳感結(jié)點(diǎn)之間的綁定，以及幫助建立傳感結(jié)點(diǎn)之間的共同信任和安全通信。因此，安全密鑰建立與管理對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全應(yīng)用是最基礎(chǔ)的要求。WSN結(jié)點(diǎn)因其能量、資源受限的硬件特點(diǎn)給其上的安全研究帶來(lái)了困難，傳統(tǒng)意義下的密碼算法并不能直接應(yīng)用在WSN中，這就對(duì)應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的密碼算法提出了新的挑戰(zhàn)，必須滿足在有限的計(jì)算資源與能量的情況下實(shí)現(xiàn)高安全性。本文主要從無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰建立與管理方案、加密算法和

3、認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議三個(gè)方面進(jìn)行研究。在密鑰管理方案方面，主要基于自愈機(jī)制、改進(jìn)的ECMQV(EllipticCurveMQV)協(xié)議和EBS(ExclusionBasisSystem)來(lái)構(gòu)造密鑰建立與動(dòng)態(tài)密鑰管理方案。在加密方案方面，對(duì)加密解密計(jì)算進(jìn)行分級(jí)，將加密解密分為離線與在線兩個(gè)階段，從而構(gòu)造基于身份的在線／離線高效加密方案。在認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議方面，主要從去雙線性對(duì)考慮，構(gòu)建基于身份的輕量級(jí)安全密鑰協(xié)商協(xié)議?；谝陨涎芯克悸?，主要工作

4、有：(1)針對(duì)大規(guī)模分簇式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，提出了一種基于改進(jìn)的ECMQV和EBS的密鑰建立與動(dòng)態(tài)密鑰管理方案。該方案使用改進(jìn)的ECMQV來(lái)實(shí)現(xiàn)簇頭結(jié)點(diǎn)與基站間周期性的注冊(cè)和驗(yàn)證，運(yùn)用兩條單向散列鏈對(duì)簇內(nèi)的傳感結(jié)點(diǎn)進(jìn)行周期性的注冊(cè)與驗(yàn)證，并可輕量級(jí)地實(shí)現(xiàn)簇內(nèi)多結(jié)點(diǎn)間的通信。分析表明，采用本文提出的方案，提高了網(wǎng)絡(luò)對(duì)偽裝結(jié)點(diǎn)的抵抗性和網(wǎng)絡(luò)的抗捕獲能力，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)更新和驅(qū)逐結(jié)點(diǎn)時(shí)的能耗，適用于大規(guī)模分簇式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。(2)針

5、對(duì)大規(guī)模分簇式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，提出了一種基于三元多項(xiàng)式的自愈式動(dòng)態(tài)密鑰管理方案。本方案運(yùn)用兩條單向散列鏈對(duì)簇內(nèi)的傳感結(jié)點(diǎn)進(jìn)行周期性的注冊(cè)與驗(yàn)證，利用前向與后向密鑰鏈形成簇會(huì)話密鑰鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)自愈機(jī)制，利用t階三元半對(duì)稱多項(xiàng)式密鑰取代了EBS中的普通密鑰，通過(guò)改進(jìn)的EBS實(shí)現(xiàn)一次驅(qū)逐多個(gè)傳感結(jié)點(diǎn)。分析表明，本文提出的方案不僅具有前向與后向安全性，而且可抵抗共謀攻擊，更適合于資源受限的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。(3)針對(duì)資源受限的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，對(duì)